Очистка сточных вод

В теплоэнергетике источником массированных  атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия и установки паросилового хозяйства, т.е. любые предприятия, работа которых связана с сжиганием топлива. В состав отходящих дымовых газов входят диоксид углерода, диоксид и триоксид серы и много других компонентов, поступление которых в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Значение предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе, представлено в таблице 1.

Таблица 1. Значение предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосфере.

Загрязняющее  вещество	ПДКМ.Р., мг/м3	ПДКС.С., мг/м3	Класс опасности
Зола ТЭС	0,05	0,02	2
Сажа	0,15	0,05	3
Оксиды  серы	0,5	0,05	3
Диоксид азота	0,085	0,04	2
Оксид азота	0,6	0,06	3
Оксид углерода	5	3	4
Пентаксид ванадия	-	0,002	1
Бенз(а)пирен, С20Н16	-	0,1 мкг/100 м3	1
Аммиак, NH3	0,2	0,04	4
Сероводород, H2S	0,008	-	2

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

      Наряду с газообразными выбросами теплоэнергетика является «производителем» огромных масс твердых отходов; к ним относятся хвосты углеобогащения, золы и шлаки. Отходы углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiOх, 22-26% AlхOх, 5-12% FeхOх, 0,5-1% CaO, 4-4,5% KхO и NaхO и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, «дымят» и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий.

      Сейчас наша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии.

      Основную часть выброса занимает углекислый газ – порядка 1 млн. т в пересчете на углерод 1 Мт. Почти вся минеральная составляющая топлива переходит в процессе сжигания в летучую золу, уносимую дымовыми газами. Химический состав золы твердого топлива достаточно разнообразен. Летучая зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция и магния. Кальций в золе может присутствовать виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сульфатов и других соединений. Зола электростанций также содержит повышенные концентрации тяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ.

      Выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб электростанций токсичные вещества оказывают вредное воздействие на весь комплекс живой природы. Что касается неблагоприятного влияния выбросов на людей, то наиболее подробно изучено влияние взвешенных веществ (зола  ТЭС) и диоксида серы.

      Твердые частицы золы, превышающие размер 2-5 мкм, отделяются в верхних дыхательных путях и, следовательно, не слишком опасны. Однако иногда эти частицы могут оказывать большое разрушающее действие, чем мелкие. При попадании в глаз крупные частицы могут вызывать сильное раздражение, и даже ожог. Частицы меньшего диаметра размера поступают внутрь дыхательного тракта, накапливаются в лимфатических узлах и могут привести к отложению пыли в легких. Кроме общего отрицательного воздействия загрязнения приземного воздуха и поверхности земли твердыми частицами, вредными для дыхательных путей, в золе топлива в малых дозах примеси металлов, обладающих высокой токсичностью, например мышьяка, свинца, ртути и др.

      Масштаб загрязнения окружающей среды выбросами золы твердого топлива значителен. Так, для электростанций мощностью 2400 МВт при средней зольности топлива А^p -17-20% массовый выброс летучей золы через дымовые трубы составляет около700г/с (2,5 т/ч). Если учесть, что такие электростанции активно работают несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количества разово, то электростанция делает это постоянно. За весь голоцен (10-12 тыс. лет) вулканическая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно повлиять на состав атмосферы, но хозяйственная деятельность человека обусловила такие изменения за какие-то 100-200 лет.

      Коэффициент полезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т.е. помимо химического в биосферу поступает тепловое загрязнение.

      В последнее время серьезное внимание привлекла проблема  изучения канцерогенных веществ, образующихся при  неполном сгорании топлива. По своей распространенности  и интенсивности воздействия из многих химических веществ этого типа наибольшее значение имеют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и наиболее активный из них – бензапирен, являющийся причиной развития раковых заболеваний. Максимальное количество бензапирена образуется при температуре 700-800⁰C в условиях нехватки воздуха для полного сгорания топлива.

Пентаоксид  ванадия, попадая в окружающую среду  в процессе сжигания мазута, оказывает разнообразное действие на организм человека. Это вещество вызывает раздражение верхних дыхательных путей у человека и животных, изменения в кровообращении, расстройства нервной системы, нарушение обмена веществ, а также аллергическое поражение кожи.

      Одно из возможных отрицательных воздействий атмосферных загрязнений на людей связано с образованием, так называемых, токсических туманов, возникающих при резком возрастании концентрации атмосферных загрязнений и неблагоприятных метеорологических условиях.

      Действие токсических веществ, загрязняющих атмосферу, может вызывать хронические неспецифические заболевания. Среди этих заболеваний существенное значение приобретают атеросклероз и связанные с ним коронарные заболевания сердца, хронический бронхит, эмфизема, бронхиальная астма и пр.  Выполненные исследования позволили установить, что основное влияние на рост заболеваемости в городах оказывают такие факторы как плотность населения и загрязнение внешней среды.

      В качестве загрязнителей в окружающую среду также поступают различные оксиды азота. Будучи токсичными для человека, они обладают резко выраженным раздражающим действием, особенно на слизистую оболочку глаза. Оксиды азота плохо растворимы в жидких средах, в связи с чем, они способны глубоко проникать в легкие, вызывая повреждения  альвеолярного эпителия и бронхов. Экспериментальные данные и натуральные наблюдения свидетельствуют о высокой биологической активности оксидов азота.

      Исследования, выполненные в различных странах, показали, что в загрязненных оксидами азота районах у людей снижаются дыхательные функции, повышается количество респираторных заболеваний, обнаруживаются изменения в периферической крови (появление метгемоглобина).

      Оксиды азота, поглощая естественную радиацию как ультрафиолетовой, так и видимой части спектра, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического тумана – смога.

      Токсичные вещества, содержащиеся в дымовых газах, также воздействуют на растения и животный мир, на строительные конструкции, здания и сооружения.

      Наиболее чувствительны к воздействию диоксида серы растения. Его воздействие связано, прежде всего, с повреждением поверхности листьев и хвои из-за разрушения содержащихся в них хлорофилла. Лиственные растения, ежегодно сбрасывающие листву, менее подвержены воздействию диоксида серы. Хвойные растения, наоборот, сильнее подвержены влиянию токсикологических примесей.

      Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой – региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. 

3. Сточные воды ТЭС

 

1. Классификация сточных вод ТЭС

 

      Эксплуатация тепловых электрических станций связана с использованием большого количества воды. Основная часть воды (более 90%) расходуется в системах охлаждения различных аппаратов: конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, движущихся механизмов и др.

      Сточной водой является любой поток воды, выводимый из цикла электростанции.

      К сточным, или сбросным, водам кроме вод систем охлаждения относятся: сбросные воды систем гидрозолоулавливания (ГЗУ), отработавшие растворы после химических промывок теплосилового оборудования или его консервации: регенерационные и шламовые воды от водоочистительных (водоподготовительных) установок: нефтезагрязненные стоки, растворы и суспензии, возникающие при обмывах наружных поверхностей нагрева, главным образом воздухоподогревателей и водяных экономайзеров котлов, сжигающих сернистый мазут.

      Составы перечисленных стоков различны и определяются типом ТЭС и основного оборудования, ее мощностью, видом топлива, составом исходной воды, способом водоподготовки в основном производстве и, конечно, уровнем эксплуатации. 

1. Тепловые  воды

 

      Для охлаждения различных аппаратов ТЭС применяется вода. Основное ее количество расходуется на охлаждение конденсаторов турбин. На конденсацию 1 тонны отработавшего в турбине пара приходится расходовать в зависимости от времени года 50 ¸ 60 тонн воды. На ТЭС мощностью 4000 МВт вырабатывается около 13000 т/ч пара, однако часть этого пара направляется в регенеративные подогреватели, а в конденсатор идет около 10000 т/ч пара. Для конденсации этого количества водяного пара в конденсаторы необходимо подавать до 500000 тонн охлаждающей воды в час. Температура этой воды повышается всего лишь на 8¸ 10°С, но оказывается, что и такое, казалось бы незначительное повышение температуры уже отражается на всей экологической обстановке естественных водоемов. Сбрасывать эти воды непосредственно в реки и озера нельзя.

      Вследствие этого приходится применять способы, ослабляющие это “тепловое загрязнение” водоисточников, а во многих случаях и полностью отказываться от сброса теплых вод в реки. Если электростанция расположена на берегу мощной реки, то можно избежать последствий теплового загрязнения, применяя специальные смесительные устройства, распределяющие тепло на большую массу воды и снижающие тепловое воздействие. Можно также пользоваться различными температурами воды по глубине водоема или применять предварительное, т. е. перед сбросом, охлаждение теплых вод путем их разбрызгивания. Такой способ одновременно способствует и насыщению воды кислородом. Можно также перейти на замкнутое охлаждение – прудовое там, где позволяет местность или в градирнях.

      Замкнутое прудовое охлаждение может быть организовано на ТЭС, находящихся в отдалении от больших населенных пунктов. Создается система прудов, точнее, озер, соединенных между собой протоками. В одно из этих озер спускают теплые воды, которые постепенно перетекают из озера в озеро, охлаждаясь при этом. Из последнего по пути воды озера ТЭС забирает воду для охлаждения. В такой системе прудов - озер тепло охлаждающей воды может быть использовано для разведения теплолюбивых рыб, обогрева теплиц и оранжерей и других полезных целей.

      К сожалению, на ТЭС, расположенных в больших городах и крупных населенных центрах, такой способ не осуществим, так как он требует значительных свободных площадей для организации прудов – озер. В этих ТЭС приходится переходить на замкнутые системы охлаждения при помощи градирен, т. е. специальных сооружений, наверх которых подается теплая вода, стекающая по насадке градирен вниз, в бассейн, расположенный под градирней. Теплая вода охлаждается встречным потоком воздуха.